تحقیق مقاله جوشکاری ( جوش زیر پودری )

جوشکاری ( جوش زیر پودری )

جوش زیر پودری یک فرایند جوش قوس الکتریکی است که در آن گرمای لازم برای جوشکاری توسط یک یا چند قوس بین یک فلز پوشش نشده، یک یا چند الکترود مصرفی و یک قطعه کار تامین می شود. قوس توسط لایه ای از فلاکس پودری قابل ذوب شدن که فلز جوش مذاب و فلز پایه نزدیک اتصال را پوشانده، و فلز جوش مذاب را از آلودگی های اتمسفر حفاظت می کند پوشیده می شود. ****///اصول عملیات::درجوش زیر پودری جریان الکتریکی از قوس و حوضچه مذاب جوش که ترکیبی از فلاکس مذاب و فلزجوش مذاب است می گذرد. فلاکس مذاب معمولا", هادی خوب جریان الکتریسته است، در حالی که فلاکس سرد, هادی نیست. پودر جوش می تواند اکسیدزداها و ناخالصی زداهایی که با فلز جوش واکنش شیمیایی می دهند را نیز تامین کند علاوه براینکه یک لایه محافظ ایجاد می کند. فلاکس های جوش زیر پودری فولادهای آلیاژی همچنین می توانند حاوی عناصر آلیاژی برای بهبود ترکیب شیمیایی فلز جوش باشند. . جریان الکتریکی از یک ژنراتور (ترانسفورماتور یا رکتی فایر) تامین شده، از اتصالات عبور می کند تا قوسی را بین الکترود و فلز پایه بر قرار کند را ذوب می کند که حوضچه مذاب را برای پرکردن اتصال تشکیل دهند. . . درکلیه انواع تجهیزات, غلطک های هدایت با نیروی مکانیکی بطور پیوسته سیم الکترود مصرفی فلزی را از میان لوله تماس (نازل) و توده فلاکس به اتصالی که باید جوش شود می راند. سیم الکترود عموما" یک فولاد کم کربن با ترکیب شیمیایی دقیق که در یک قرقره یا بشکه پیچیده شده می باشد. سیم الکترود در منطقه جوش ذوب شده و در طول اتصال رسوب می کند. فلاکس دانه ای در جلوی قوس ریخته شده و پس از انجماد فلز جوش، فلاکس ذوب نشده توسط سیستم مکش جمع کننده برای استفاده مجدد جمع آوری می شود. در جوش خودکار بازیابی فلاکس مجموعه ای از تجهیزات و یک لوله بازیابی فلاکس که درست پس از لوله تماس قرار گرفته است می باشد. ..جوش زیر پودری به هر دو روش نیمه خودکار و خودکار قابل انجام بوده و روش خودکار بخاطر مزایا بیشتر، استفاده گسترده تر دارد. در روش نیمه خودکار جوشکار بصورت دستی یک تفنگ جوشکاری (به انضمام مخزن فلاکس) که فلاکس و الکترود را به محل اتصال تغذیه می کند را هدایت کرده و خودش سرعت حرکت را کنترل می کند. در روش جوش کاملا"خودکار دستگاه بصورت خودکار الکترود و فلاکس را در طول مسیر جوش تغذیه و هدایت کرده و نرخ رسوب را کنترل می کند.در کاربردهای خاصی جوش خودکار زیر پودری دو یا چند الکترود بصورت متوالی در یک اتصال تغذیه می شوند. الکترودها ممکن است کنار یکدیگر بوده و به یک حوضچه تغذیه شوند یا اینکه به اندازه کافی فاصله داشته تا پس از انجماد یکی حوضچه دیگری تشکیل شود و مستقلا" منجمد شوند. روش جدیدتر جوش قوس های پشت سرهم است که جوش چند پاس را دریک شیار اتصال برای افزایش سرعت حرکت و نرخ رسوب جوشکاری تامین می کند.*****//////مزایا و محدودیت ها ::روش های خودکار و نیمه خودکار جوش زیر پودری در مقایسه با سایر روش های جوشکاری مزایا و معایب زیر را دارند:**اتصالات را می توان با شیار کم عمق آماده نموده که باعث مصرف کمترفلز پرکننده می شود. (در برخی کاربردها نیازی به شیار برای اتصالات بین ورق های با ضخامت کمتر از "4/1 نیست).**پوشش برای حفاظت اپراتور از قوس نیاز نیست, اگرچه حفاظت چشمان اپراتور بخاطر احتمال پرتاب جرقه جوش توصیه می شود.**جوش را می توان با سرعت حرکت و نرخ رسوب بالا و برروی سطح صاف یا استوانه ای یا لوله و از نظر تئوری با هر اندازه و ضخامتی انجام داد. این روش برای سخت کردن سطحی نیز مناسب است.**فلاکس به عنوان اکسیدزدا و آخال زدا برای خارج کردن ترکیبات ناخواسته از حوضچه جوش عمل می کند تا جوش سالم و باخواص مکانیکی مناسب ایجاد کند.**سیم های الکترود ارزان برای جوش فولادهای غیرآلیاژی و کم کربن استفاده می شوند. (معمولا" سیم های فولادی کم کربن بدون پوشش یا با پوشش نازک مسی برای هدایت بهتر و جلوگیری از خوردگی می باشند).**جوش زیر پودری را می توان در زیر وزش بادهای نسبتا" شدید جوشکاری نمود. ذرات فلاکس حفاظت بهتری انجام می دهند تا پوشش الکترود در روش جوشکاری الکترود دستی.
محدودیتهای جوش زیر پودری که برخی در روش های دیگر جوشکاری نیز وجود دارند به شرح زیر است:*پودرجوش : تجهیزات حمل فلاکس و سازه نگهدارنده مخزن پودر، اتصالات دیگر و همچنین صفحه نوار یا حلقه پشتبند نیز مورد نیاز می باشد.*پودر جوش ممکن است به آلودگی هایی آغشته شود که باعث تخلخل جوش شوند.*برای دستیابی به یک جوش خوب فلز پایه باید، یکنواخت بدون پوسته اکسیدی, زنگ, غبار و روغن و سایر آلودگی ها باشد.*جداشدن سرباره از جوش در برخی موارد به سختی صورت می گیرد. در جوش های چند پاس پس از هر عبور باید سرباره جوش برداشته شود تا از باقی ماندنش درون فلز جوش جلوگیری شود.*این روش معمولا" برای جوش فلزات با ضخامت کمتر از 3/16", بخاطر Burn Through مناسب نمی باشد.*مگر در کاربردهای خاص شدیدا " به مسطح بودن وضعیت جوشکاری محدود است، زیرا مسطح بودن و افقی بودن وضعیت برای جلوگیری از ریختن فلاکس لازم است.
فلزات مناسب جوش زیر پودری::::جوش زیر پودری برای همه فلزات و آلیاژها مناسب نیست. برای سهولت فلزات و آلیاژها را می توان با توجه به مناسب بودن آنها برای جوش زیر پودری به سه دسته تقسیم کرد: فلزات بسیارمناسب، فلزات اندکی مناسب و فلزات غیرمناسب .***فلزات بسیارمناسب: جوش زیر پودری بیشترین استفاده را در جوش فولادهای غیرآلیاژی (فولاد ساده ) کم کربن حاوی کمتر از %30/0 کربن, کمتر از% 5 0/0 فسفر و کمتر از % 5 0/0 گوگرد دارد. اغلب مثال های این مقاله به این فولادهامربوط است, که محدوده تنش تسلیم آنها حدود 000/45 تا Psi 000/85 است و معمولا با فلاکس و الکترود AWS 15.17 – 69 (مشخصات فنی فلاکس ها و الکترودهای فولادهای آرام ساده برای جوش قوس زیر پودری) جوش می شوند. فولادهای کربن متوسط و کم آلیاژ ساختمانی در رده فولادهای مناسب جوش زیر پودری هستند اگرچه اغلب به پیشگرم، پس گرم و استفاده از فلاکس و سیم الکترودهای ویژه نیاز دارند. فولاد ضد زنگ, فولاد کربنی آلیاژی قابل سخت شدن, و فولاد ساختمانی پراستحکام نیز با روش جوش زیر پودری جوشکاری می شوند. روش جوشکاری این فولادها مستقلا" در مقالات دیگر با عنوان جوشکاری فولادهای کربنی قابل سخت شدن, فولادهای آلیاژی و فولادهای ضد زنگ توضیح داده شده است. جوش زیر پودری همچنین برای ایجاد پوشش های مقاوم به سایش برای موقعیت هایی که تحت سایش هستند بکار می رود. ***فلزات اندکی مناسب : برخی فلزات و آلیاژهایی را که می شود به روش جوش زیر پودری جوش داد، بیشتر با روش هایی جوش می دهند که منطقه حرارت داده شده باریک تر باشد. برخی فولادهای ساختمانی پراستحکام کم کربن جزء این گروه هستند زیرا استحکام ضربه و کشش مورد نیاز در روش جوش زیر پودری به سختی بدست می آیند. فولادهای پرکربن, فولادهای مار تنزیتی, و مس و آلیاژهای مس نیز جزء این گروه هستند. ***فلزات نامناسب: چدن را معمولا" نمی توان به روش جوش زیر پودری جوش داد, زیرا نمی تواند تنش های حرارتی ناشی از گرمای ورودی را تحمل کند. با این حال مثال 241 در مقاله جوش قوس چدن, کاربردی را که در آن چدن مالیبل به فولاد کم کربن جوش شده است را تشریح می کند. مسائلی که در جوش فولاد آستنیته منگنزی و فولاد ابزار پرکربن رخ می دهند جوشکاری آنها را با هر روش معمولی دشوار می سازد. آلیاژهای آلومینیوم و آلیاژهای منیزیوم را نمی توان به روش زیر پودری جوش داد زیرا فلاکس مناسب برای آن پیدا نمی شود. سرب و روی بخاطر نقطه ذوب پایین مناسب جوش زیر پودری نیستند. تیتانیوم در کاربردهای آزمایشگاهی به روش زیر پودری جوشکاری شده ولی فلاکس مناسب برای جوش آن تاکنون ارائه نشده است.*/*/*/*/*/*/جنبه های متالورژیک :سه ویژگی جوش زیر پودری در جریان های بالا نیازمند توجه ویژه است : الف) در صد بالای فلز پایه در جوش هنگامی که قطب معکوس جریان مستقیم استفاده شود. ب) مقدار زیاد سرباره تولید شده در عملیات . ج) گرمای ورودی زیاد که ریز ساختار را تحت تاثیر قرارمی دهد.*/*/هنگامی که درصد فلز پایه در رسوب فلز جوش بالا باشد, به حداقل رساندن ناخالصی های مضر مانند فسفر و گوگرد بسیار اهمیت دارد.مقدار زیاد سرباره عموما" منبعی از سیلیسیم یا منگنز است که ممکن است مقداری از آن به رسوب فلزجوش منتقل شود. لذا معمولا" هنگام استفاده از فلاکس های پرسیلیسیم، از سیم الکترود کم سیلیسیم (حداکثر % 05/0 سیلیسیم) استفاده می شود تا از جذب سیلیسیم اضافی توسط فلز جوش جلوگیری شود. همچنین از سیم الکترود کم منگنز حاوی کمتر از 0.50% منگنز معمولا" با فلاکس های پٌر منگنز استفاده می شود. سیم الکترود پرمنگنز حاوی %2 منگنز عموما" با فلاکس های کم منگنز استفاده می شوند. گرمای ورودی زیادی که ازجوشکاری در جریان زیاد ناشی می شود (تا حدود 1500 آمپر) در سرعت های حرکت پایین باعث تغییر ساختار در منطقه متاثر از حرارت شده و استحکام ضربه را کاهش و استحکام کششی و دمای تبدیل تردی به نرمی را افزایش می دهد. تغییرات ریز ساختار : افزایش تغییرات ساختار فلز پایه به چهار عامل وابسته است://حداکثر دمایی که فلز در آن قرارداده می شود //زمان آن دما//ترکیب شیمیایی فلز پایه //سرعت سرد شدنساختار فلز جوش ستونی است زیرا از مرزجامد شروع شده و فقط در یک جهت امکان رشد دارد. در فولاد کربنی قابل سخت شدن امکان درشت شدن ساختار منطقه نزدیک قسمت جوش از فلز پایه بخاطررسیدن به دمای حدود 2800 تا 2200 فارنهایت وجود دارد.فلزی که در دمای 1700 تا 2200 فارنهایت گرم شده نواری از دانه های نازک تر دارد. اگرچه این منطقه در بیشتر از دمای دگرگونی فاز گرم شده, ولی زمان باقی ماندن در این دما برای درشت ساختار شدن کافی نبوده است. منطقه بعدی 1700 تا1400 فارنهایت، منطقه ای است که فولاد باز پخت شده و به مقدار قابل توجهی نرم تر از منطقه مجاور جوش است. فلز پایه دورتر از این منطقه نیز تغییر نکرده باقی می ماند. اندکی کاربید کروی شده بخاطر باقی ماندن در حدود 1330 فارنهایت، ممکن است ایجاد شود. پیش گرم و پس گرم کردن, اصول پیش گرم کردن و پس گرم کردن برای جوش زیر پودری مشابه سایر روش های جوشکاری است. پیش گرم و پس گرم برای فولادهای سختی پذیر, مخصوصا" فولادهایی که کربن آنها از حدود %3/0 و ضخامت آنها بیشتر از "4/3 باشد بکار می رود.کاهش سرعت سردشدن که در اثر پیش گرم رخ می دهد، زمان ماندگاری در دمای بالاتر از شروع تغییر حالت مارتنزیتی را افزایش می دهد و لذا تغییر حالت آستنیت به پرلیت ظریف تر بجای مارتنزیت سخت را افزایش می دهد. در منطقه جوشی که پیش گرم شده نسبت به جوش پیش گرم نشده احتمال کمتری وجود دارد که فاز سخت تشکیل شود. همچنین بخاطر سرعت سرد شدن کمتر در فولاد های پیش گرم شده, خطر ترکیدگی جوش و تنش های حرارتی کاهش پیدا می کند. پس گرم کردن هنگام نیاز به تنش زدایی حرارتی, بازپخت, نرمالایز کردن یا تمپرکردن بکارمی رود.

منابغ تغذیه:منابع تغذیه جوش زیر پودری عبارتند از:الف) موتور ژنراتور و ترانسفورماتور رکتی فایر, با خروجی جریان مستقیم (DC) . ب)ترانسفورماتور با خروجی جریان متناوب (AC) هر دو جریان های مستقیم و متناوب درجوش زیر پودری نتایج قابل قبولی ارائه می دهند. اگرچه هر کدام در برخی کاربردهای خاص معایب ناخواسته ای دارند- بسته به شدت جریان، قطر سیم الکترود, و سرعت حرکت –که در لیست زیر ذکر شده اند:**جوش نیمه خودکار با الکترود "64 / 5 یا "32/3 در جریان مستقیم 300 تا 350آمپر، استفاده از جریان مستقیم ارحج است.**جوش خودکار با یک الکترود در جریان پایین (300تا 500 آمپر) و سرعت حرکت بالا (40 تا 200 اینچ در دقیقه)، استفاده از جریان مستقیم ارحج است. **جوش خودکار با یک الکترود و جریان متوسط (600 تا 900 آمپر) سرعت حرکت 10 تا 30 اینچ در دقیقه، هم جریان مستقیم و هم متناوب استفاده می شوند.**جوش خودکار با یک الکترود و جریان بالا (1200 تا 21500 آمپر) سرعت حرکت 5 تا 10 اینچ در دقیقه, استفاده از جریان متناوب ارحج است.**جوش خودکار با بیش از یک الکترود و در حالت پشت سرهم و جریان هر کدام از الکترودها 500 تا 1000 آمپر با هم الکترودها، جریان متناوب (یا جریان مستقیم در الکترود جلویی ) استفاده می شود.**جوش خودکار با دو الکترود در عرض هم, باهر دو جریان مستقیم و جریان متناوب استفاده می شود.
سیستم های تغذیه سیم جوش::تجهیز تغذیه سیم الکترود جوش زیر پودری از دو نوع سیستم کنترلی برای کنترل سرعت تغذیه سیم (سیستم های حساس به ولتاژ و سیستم های سرعت ثابت) استفاده می کنند. سیستم های کنترلی حساس ولتاژ با منبع تغذیه های جریان ثابت و سیستم های کنترل سرعت ثابت با منبع تغذیه های ولتاژ ثابت استفاده می شوند.*/*/*/